JP2018117438A - Power source module with lithium ion capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負荷に対して着脱自在に構成された電源モジュールに関し、特に、リチウムイオンキャパシタを備えた電源モジュールに関する。 The present invention relates to a power supply module configured to be detachable from a load, and more particularly to a power supply module including a lithium ion capacitor.
従来から、リチウムイオンキャパシタを用いた電源装置が知られている。例えば、特開２０１６−５３５７号公報には、リチウムイオンキャパシタを用いた車両用の電源装置が開示されている。 Conventionally, a power supply device using a lithium ion capacitor is known. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2006-5357 discloses a vehicle power supply device using a lithium ion capacitor.
一般に、リチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスを用いた電源装置においては、当該蓄電デバイスの過充電及び過放電を防止するための保護回路が設けられる。この種の保護回路は、蓄電デバイスの過充電又は過放電を検出すると、電源ラインに設けられたスイッチをオフし、当該蓄電デバイスからの放電や当該蓄電デバイスへの充電を遮断するように構成される。例えば、特開２０１１−１３４５７８号公報には、リチウムイオン電池の過充電及び過放電を防止するための保護回路の例が開示されている。 Generally, in a power supply device using an electricity storage device such as a lithium ion capacitor, a protection circuit for preventing overcharge and overdischarge of the electricity storage device is provided. This type of protection circuit is configured to turn off a switch provided in a power supply line when an overcharge or overdischarge of the electricity storage device is detected, and to interrupt discharge from the electricity storage device or charge to the electricity storage device. The For example, JP 2011-134578 A discloses an example of a protection circuit for preventing overcharge and overdischarge of a lithium ion battery.
保護回路が設けられた電源装置においては、リチウムイオンキャパシタから当該保護回路に対して漏れ電流が流れ込むため、当該リチウムイオンキャパシタの電圧が低下してしまうという問題がある。 In the power supply device provided with the protection circuit, since a leakage current flows from the lithium ion capacitor to the protection circuit, there is a problem that the voltage of the lithium ion capacitor is lowered.
電源モジュールは、サーバ等の駆動装置のバックアップ電源として用いられることがある。このようにバックアップ電源として用いられる電源モジュールは、駆動装置から取り外したまま長期間保管されることが予定されている。リチウムイオンキャパシタから保護回路への漏れ電流は、駆動装置から取り外されていても発生するので、従来の電源モジュールは、その保管中にもリチウムイオンキャパシタの電圧降下が起こってしまい、半年〜１年程度の期間で、適正な動作電圧範囲の下限である２．２Ｖを下回ってしまうことが多い。このため、従来の電源モジュールにおいては、その保管中に、半年〜１年程度の間隔で定期的に充電を行う必要がある。 The power supply module may be used as a backup power supply for a drive device such as a server. Thus, the power supply module used as a backup power supply is planned to be stored for a long period of time while being removed from the drive device. Since the leakage current from the lithium ion capacitor to the protection circuit is generated even when it is removed from the drive device, the voltage drop of the lithium ion capacitor occurs during the storage of the conventional power supply module. In many periods, it often falls below 2.2 V, which is the lower limit of the proper operating voltage range. For this reason, the conventional power supply module needs to be charged periodically at intervals of about six months to one year during storage.
サーバ用の電源モジュールに限らず、駆動装置と着脱可能なあらゆる電源モジュールは、未使用のまま長期間保管されることが想定されている。よって、駆動装置と着脱可能な電源モジュールにおいて、リチウムイオンキャパシタからの漏れ電流の抑制が必要とされる。 It is assumed that not only the power supply module for the server but also any power supply module that can be attached to and detached from the drive device is stored unused for a long period of time. Therefore, it is necessary to suppress the leakage current from the lithium ion capacitor in the power supply module that can be attached to and detached from the driving device.
本発明は、駆動装置と着脱可能な電源モジュールにおいてリチウムイオンキャパシタからの漏れ電流を抑制することを目的の一つとする。本発明のこれ以外の目的は、明細書全体の記載を通じて明らかにされる。 An object of the present invention is to suppress a leakage current from a lithium ion capacitor in a power supply module that can be attached to and detached from a drive device. Other objects of the present invention will be clarified through the description of the entire specification.
本発明の一実施形態に係る電源モジュールは、駆動装置に着脱される電源モジュールである。当該電源モジュールは、少なくとも１つのリチウムイオンキャパシタセルを含むリチウムイオンキャパシタユニットと、前記駆動装置へ電力を供給するための電源ラインと、前記電源ラインに設けられた第１のスイッチユニットと、前記少なくとも１つのリチウムイオンキャパシタセルの過充電及び／又は過放電を防止する保護回路と、前記リチウムイオンキャパシタユニットと前記保護回路との間に設けられた少なくとも１つのスイッチング素子を有する第２のスイッチユニットと、を備える。当該リチウムイオンキャパシタユニットが、直列に接続された複数のリチウムイオンキャパシタを備えていてもよい。 The power supply module which concerns on one Embodiment of this invention is a power supply module attached or detached to a drive device. The power supply module includes a lithium ion capacitor unit including at least one lithium ion capacitor cell, a power supply line for supplying power to the driving device, a first switch unit provided in the power supply line, and the at least A protection circuit for preventing overcharge and / or overdischarge of one lithium ion capacitor cell; and a second switch unit having at least one switching element provided between the lithium ion capacitor unit and the protection circuit; . The lithium ion capacitor unit may include a plurality of lithium ion capacitors connected in series.
当該第２のスイッチユニットは、前記電源モジュールが前記駆動装置に装着されたときに前記駆動装置から入力される制御信号に基づいてオンされ、前記制御信号が入力されていないときはオフされるように構成される。本発明の一実施形態において、当該第２のスイッチユニットは、前記複数のリチウムイオンキャパシタセルの各々と前記保護回路との間に設けられた複数の第２のスイッチング素子を備え、当該複数の第２のスイッチング素子の各々は、前記制御信号に基づいてオンされ、前記制御信号が入力されていないときはオフされるように構成される。 The second switch unit is turned on based on a control signal input from the drive device when the power supply module is mounted on the drive device, and is turned off when the control signal is not input. Configured. In one embodiment of the present invention, the second switch unit includes a plurality of second switching elements provided between each of the plurality of lithium ion capacitor cells and the protection circuit. Each of the two switching elements is configured to be turned on based on the control signal and to be turned off when the control signal is not input.
上記実施形態によれば、当該電源モジュールを駆動装置に装着した場合にのみ、保護回路とリチウムイオンキャパシタとが接続される。したがって、当該電源モジュールを駆動装置に装着せずに保管しておく場合に、リチウムイオンキャパシタから保護回路へ漏れ電流が流れない。 According to the embodiment, the protection circuit and the lithium ion capacitor are connected only when the power supply module is mounted on the drive device. Therefore, when the power supply module is stored without being attached to the drive device, no leakage current flows from the lithium ion capacitor to the protection circuit.
本発明の一実施形態に係る電源モジュールは、前記リチウムイオンキャパシタユニットと並列に設けられた均等化回路を備える。この場合、前記第２のスイッチユニットは、前記均等化回路と前記リチウムイオンキャパシタユニットとの間に設けられる。当該均等化回路は、前記複数のリチウムイオンキャパシタの各々と並列に設けられた複数の抵抗と、前記複数の抵抗の各々と直列に設けられた複数の第３のスイッチと、を備えてもよい。この場合、当該複数の第３のスイッチの各々は、前記複数のリチウムイオンキャパシタセルのうちの対応するリチウムイオンキャパシタセルの電圧に応じてオンオフされる。 A power supply module according to an embodiment of the present invention includes an equalization circuit provided in parallel with the lithium ion capacitor unit. In this case, the second switch unit is provided between the equalization circuit and the lithium ion capacitor unit. The equalization circuit may include a plurality of resistors provided in parallel with each of the plurality of lithium ion capacitors, and a plurality of third switches provided in series with each of the plurality of resistors. . In this case, each of the plurality of third switches is turned on / off according to the voltage of the corresponding lithium ion capacitor cell among the plurality of lithium ion capacitor cells.
上記実施形態によれば、当該電源モジュールを駆動装置に装着せずに保管しておく場合に、リチウムイオンキャパシタから均等化回路への漏れ電流の発生も防止することができる。 According to the above embodiment, when the power supply module is stored without being attached to the drive device, it is possible to prevent the occurrence of leakage current from the lithium ion capacitor to the equalization circuit.
上記の本発明の各実施形態によれば、駆動装置と着脱可能な電源モジュールにおいてリチウムイオンキャパシタからの漏れ電流を抑制することができる。特に、当該電源モジュールを駆動装置に装着せずに保管しておく場合に、リチウムイオンキャパシタユニットから保護回路への漏れ電流の発生を防止することができる。これにより、当該電源モジュールは、充電を行わなくとも長期間の保管が可能となる。 According to each embodiment of the present invention described above, the leakage current from the lithium ion capacitor can be suppressed in the power supply module detachable from the driving device. In particular, when the power supply module is stored without being attached to the drive device, it is possible to prevent the occurrence of leakage current from the lithium ion capacitor unit to the protection circuit. As a result, the power supply module can be stored for a long period of time without being charged.
以下、適宜図面を参照し、本発明の様々な実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電源モジュールの主要部を示すブロック図である。図示のとおり、本発明の一実施形態に係る電源モジュール１０は、駆動装置１と電源端子１６，１７及び接続端子１８を介して接続されている。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a power supply module according to an embodiment of the present invention. As illustrated, the power supply module 10 according to an embodiment of the present invention is connected to the driving device 1 via power supply terminals 16 and 17 and a connection terminal 18.
駆動装置１は、電源モジュール１０から電力の供給を受けて動作することが可能な装置である。駆動装置１は、例えば、電源モジュール１０から電力の供給を受けて動作するサーバである。本発明においては、電源モジュール１０とともに用いられる駆動装置１は、サーバには限られない。駆動装置１には、電源モジュール１０が着脱され、電源モジュール１０が装着されたときに電源モジュール１０からの電力の供給を受けて動作できる任意の装置が含まれる。 The drive device 1 is a device capable of operating upon receiving power from the power supply module 10. The drive device 1 is, for example, a server that operates by receiving power from the power supply module 10. In the present invention, drive device 1 used with power supply module 10 is not limited to a server. The drive device 1 includes any device that can operate by receiving power supplied from the power supply module 10 when the power supply module 10 is attached and detached and the power supply module 10 is attached.
電源モジュール１０は、例えば、駆動装置１のバックアップ電源として利用される。電源モジュール１０は、駆動装置１と着脱可能に構成される。電源モジュール１０を使用しないときには、電源モジュール１０は、駆動装置１から取り外されている。 The power supply module 10 is used, for example, as a backup power supply for the drive device 1. The power supply module 10 is configured to be detachable from the driving device 1. When the power supply module 10 is not used, the power supply module 10 is removed from the drive device 1.
電源モジュール１０から駆動装置１に電力を供給する際には、電源モジュール１０が駆動装置１に取り付けられる。電源モジュール１０が駆動装置１に取り付けられると、上述のように、電源モジュール１０は、駆動装置１と、電源端子１６，１７及び接続端子１８を介して接続される。 When power is supplied from the power supply module 10 to the drive device 1, the power supply module 10 is attached to the drive device 1. When the power supply module 10 is attached to the drive device 1, the power supply module 10 is connected to the drive device 1 through the power supply terminals 16 and 17 and the connection terminal 18 as described above.
電源モジュール１０は、リチウムイオンキャパシタユニット１１と、リチウムイオンキャパシタユニット１１の過充電及び過放電を防止するための保護回路１２と、リチウムイオンキャパシタユニット１１と保護回路１２との間に設けられたスイッチユニット１３と、電源ラインＬ１に設けられたスイッチユニット１５と、を備える。これらの電源モジュール１０の各構成要素について、以下で詳述する。 The power supply module 10 includes a lithium ion capacitor unit 11, a protection circuit 12 for preventing overcharge and overdischarge of the lithium ion capacitor unit 11, and a switch provided between the lithium ion capacitor unit 11 and the protection circuit 12. The unit 13 and the switch unit 15 provided in the power supply line L1 are provided. Each component of these power supply modules 10 is explained in full detail below.
リチウムイオンキャパシタユニット１１は、少なくとも１つのリチウムイオンキャパシタセル（以下、リチウムイオンキャパシタセルを単に「セル」と呼ぶ。）を備える。図示の実施形態では、リチウムイオンキャパシタユニット１１は、直列に接続された３つのリチウムイオンキャパシタセル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ（以下、単に「セル１１ａ」などと呼ぶ。）を備えている。リチウムイオンキャパシタユニット１１は、セルを１つのみ又は２つのみ備えてもよいし、４つ以上のセルを備えてもよい。セル１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、各々のセル電圧が常に所定の運用電圧範囲内にあるように充電及び放電される。この運用電圧範囲は、通常、２．２〜３．８Ｖである。 The lithium ion capacitor unit 11 includes at least one lithium ion capacitor cell (hereinafter, the lithium ion capacitor cell is simply referred to as “cell”). In the illustrated embodiment, the lithium ion capacitor unit 11 includes three lithium ion capacitor cells 11a, 11b, and 11c (hereinafter simply referred to as “cells 11a” and the like) connected in series. The lithium ion capacitor unit 11 may include only one or two cells, or may include four or more cells. The cells 11a, 11b, and 11c are charged and discharged so that each cell voltage is always within a predetermined operating voltage range. This operating voltage range is usually 2.2 to 3.8V.
セル１１ａ，１１ｂ，１１ｃとして、任意の公知のリチウムイオンキャパシタセルを用いることができる。公知のリチウムイオンキャパシタセルは、例えば、特開２０１２−２５６６９４及び特開２０１３−１０５８３９に開示されている。 Any known lithium ion capacitor cell can be used as the cells 11a, 11b, and 11c. Known lithium ion capacitor cells are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2012-256694 and 2013-105839.
リチウムイオンキャパシタユニット１１は、＋側の端子１６と電源ラインＬ１を介して接続されており、また、−側の端子１７と電源ラインＬ２を介して接続されている。リチウムイオンキャパシタユニット１１の電力は、これらの電源ラインＬ１及び電源ラインＬ２を介して駆動装置１に供給される。 The lithium ion capacitor unit 11 is connected to the + side terminal 16 via the power supply line L1, and is connected to the − side terminal 17 via the power supply line L2. The electric power of the lithium ion capacitor unit 11 is supplied to the driving device 1 through the power supply line L1 and the power supply line L2.
この電源ラインＬ１上のリチウムイオンキャパシタユニット１１と端子１６との間には、保護回路１２の制御によりオンオフされるスイッチユニット１５が設けられている。スイッチユニット１５は、保護回路１２の制御によりオンオフされる一又は複数のスイッチング素子から成る。このスイッチング素子として、例えば、アナログスイッチ、ＭＯＳＦＥＴ、ＰＨＯＴＯＭＯＳリレー及びこれら以外の公知の任意のスイッチング素子を利用することができる。スイッチユニット１５は、電源ラインＬ２上に設けられてもよい。 Between the lithium ion capacitor unit 11 and the terminal 16 on the power supply line L1, a switch unit 15 that is turned on / off under the control of the protection circuit 12 is provided. The switch unit 15 includes one or a plurality of switching elements that are turned on / off under the control of the protection circuit 12. As this switching element, for example, an analog switch, a MOSFET, a PHOTOMOS relay, and any other known switching element can be used. The switch unit 15 may be provided on the power supply line L2.
保護回路１２は、例えば、ＣＰＵコア、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び各種入出力ポートが１つの半導体チップに集積されたマイクロコントローラである。保護回路１２は、リチウムイオンキャパシタユニット１１の電圧を検出し、その検出された電圧に基づいて、リチウムイオンキャパシタユニット１１の過充電及び過放電を防ぐために、スイッチユニット１５に備えられたスイッチング素子をオフする。この保護回路１２における過充電及び過放電を防ぐための制御は、以下で説明するように、セル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの各々のセル電圧に基づいて行われてもよいし、リチウムイオンキャパシタユニット１１の総電圧に基づいて行われてもよい。 The protection circuit 12 is, for example, a microcontroller in which a CPU core, ROM, RAM, and various input / output ports are integrated on one semiconductor chip. The protection circuit 12 detects a voltage of the lithium ion capacitor unit 11 and, based on the detected voltage, a switching element provided in the switch unit 15 in order to prevent overcharge and overdischarge of the lithium ion capacitor unit 11. Turn off. The control for preventing overcharge and overdischarge in the protection circuit 12 may be performed based on the cell voltages of the cells 11a, 11b, and 11c, as described below, or the lithium ion capacitor unit 11 May be performed based on the total voltage.
本発明の一実施形態において、保護回路１２は、リチウムイオンキャパシタユニット１１のセル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの各々のセル電圧を検出し、その検出されたセル電圧に基づいてスイッチユニット１５を制御する。保護回路１２は、例えば、セル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの各々のセル電圧を検出し、検出された各セル電圧のいずれか１つが所定の上限値を超えると、スイッチユニット１５に備えられたスイッチング素子をオフして、リチウムイオンキャパシタユニット１１への充電を禁止する。かかる制御により、リチウムイオンキャパシタユニット１１の過充電が防止される。他の動作例において、保護回路１２は、セル１１ａ，１１ｂ，１１ｃのセル電圧が所定の下限値を超えると、スイッチユニット１５に備えられたスイッチング素子をオフして、リチウムイオンキャパシタユニット１１からの放電を禁止するように構成される。かかる制御により、リチウムイオンキャパシタユニット１１の過放電が防止される。 In one embodiment of the present invention, the protection circuit 12 detects the cell voltage of each of the cells 11a, 11b, 11c of the lithium ion capacitor unit 11, and controls the switch unit 15 based on the detected cell voltage. For example, the protection circuit 12 detects the cell voltage of each of the cells 11a, 11b, and 11c, and when any one of the detected cell voltages exceeds a predetermined upper limit value, the switching element provided in the switch unit 15 Is turned off, and charging of the lithium ion capacitor unit 11 is prohibited. Such control prevents overcharge of the lithium ion capacitor unit 11. In another operation example, the protection circuit 12 turns off the switching element provided in the switch unit 15 when the cell voltage of the cells 11a, 11b, and 11c exceeds a predetermined lower limit value, Configured to inhibit discharge. Such control prevents overdischarge of the lithium ion capacitor unit 11.
本発明の他の実施形態において、保護回路１２は、リチウムイオンキャパシタユニット１１の両端（セル１１ａの正極とセル１１ｃの負極との間）にかかるリチウムイオンキャパシタユニット１１の総電圧を検出し、その検出された総電圧に基づいてスイッチユニット１５を制御する。具体的には、保護回路１２は、リチウムイオンキャパシタユニット１１の総電圧を検出し、この検出した総電圧が所定の上限値を超えると、スイッチユニット１５に備えられたスイッチング素子をオフして、リチウムイオンキャパシタユニット１１への充電を禁止する。他方、保護回路１２は、リチウムイオンキャパシタユニット１１の総電圧が所定の下限値を超えると、スイッチユニット１５に備えられたスイッチング素子をオフして、リチウムイオンキャパシタユニット１１からの放電を禁止する。 In another embodiment of the present invention, the protection circuit 12 detects the total voltage of the lithium ion capacitor unit 11 across both ends of the lithium ion capacitor unit 11 (between the positive electrode of the cell 11a and the negative electrode of the cell 11c). The switch unit 15 is controlled based on the detected total voltage. Specifically, the protection circuit 12 detects the total voltage of the lithium ion capacitor unit 11, and when the detected total voltage exceeds a predetermined upper limit value, the protection circuit 12 turns off the switching element provided in the switch unit 15, Charging the lithium ion capacitor unit 11 is prohibited. On the other hand, when the total voltage of the lithium ion capacitor unit 11 exceeds a predetermined lower limit value, the protection circuit 12 turns off the switching element provided in the switch unit 15 and inhibits discharge from the lithium ion capacitor unit 11.
保護回路１２は、過充電及び過放電の防止以外の機能を有していてもよい。例えば、保護回路１２は、セル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの短絡、容量低下、抵抗上昇、又はこれら以外の異常を検出することができるように構成されてもよい。 The protection circuit 12 may have functions other than prevention of overcharge and overdischarge. For example, the protection circuit 12 may be configured to detect a short circuit, a capacity decrease, a resistance increase, or any other abnormality of the cells 11a, 11b, and 11c.
本発明の一実施形態において、スイッチユニット１５は、複数のスイッチング素子、例えば複数のＭＯＳＦＥＴを備える。この複数のＭＯＳＦＥＴのうち１つのＭＯＳＦＥＴは、オフされることによりリチウムイオンキャパシタユニット１１の充電方向の電流のみを遮断するように構成されてもよい。この複数のＭＯＳＦＥＴのうち他のＭＯＳＦＥＴは、オフされることによりリチウムイオンキャパシタユニット１１の放電方向の電流のみを遮断するように構成されてもよい。このようなＭＯＳＦＥＴを備えることにより、保護回路１２は、スイッチユニット１５のオンオフ制御により、リチウムイオンキャパシタユニット１１の充電及び放電の一方を選択的に禁止することができる。したがって、保護回路１２は、スイッチユニット１５へのオンオフ制御を通じて、リチウムイオンキャパシタユニット１１の過充電及び過放電を防止することができる。 In one embodiment of the present invention, the switch unit 15 includes a plurality of switching elements, for example, a plurality of MOSFETs. One MOSFET of the plurality of MOSFETs may be configured to cut off only the current in the charging direction of the lithium ion capacitor unit 11 by being turned off. Other MOSFETs out of the plurality of MOSFETs may be configured to cut off only the current in the discharge direction of the lithium ion capacitor unit 11 by being turned off. By providing such a MOSFET, the protection circuit 12 can selectively inhibit one of charging and discharging of the lithium ion capacitor unit 11 by on / off control of the switch unit 15. Therefore, the protection circuit 12 can prevent overcharge and overdischarge of the lithium ion capacitor unit 11 through on / off control to the switch unit 15.
本発明の一実施形態において、スイッチユニット１３は、一又は複数のスイッチング素子を備える。このスイッチング素子として、例えば、アナログスイッチ、ＭＯＳＦＥＴ、ＰＨＯＴＯＭＯＳリレー及びこれら以外の公知の任意のスイッチング素子を利用することができる。図示の実施形態において、スイッチユニット１３は、３つのスイッチング素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備える。スイッチユニット１３が有するスイッチング素子の数は、リチウムイオンキャパシタユニット１１が有するセルの数と同じにすることができる。図示の実施形態では、リチウムイオンキャパシタユニット１１が３つのセルを有しているため、スイッチユニット１３が３つのスイッチング素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃを有している。 In one embodiment of the present invention, the switch unit 13 includes one or more switching elements. As this switching element, for example, an analog switch, a MOSFET, a PHOTOMOS relay, and any other known switching element can be used. In the illustrated embodiment, the switch unit 13 includes three switching elements 13a, 13b, and 13c. The number of switching elements included in the switch unit 13 can be the same as the number of cells included in the lithium ion capacitor unit 11. In the illustrated embodiment, since the lithium ion capacitor unit 11 has three cells, the switch unit 13 has three switching elements 13a, 13b, and 13c.
上述したように、スイッチユニット１３は、リチウムイオンキャパシタユニット１１と保護回路１２との間に設けられる。具体的には、スイッチング素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃはそれぞれ、対応するセル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの正極と保護回路１２との間に設けられている。 As described above, the switch unit 13 is provided between the lithium ion capacitor unit 11 and the protection circuit 12. Specifically, the switching elements 13a, 13b, and 13c are provided between the positive electrodes of the corresponding cells 11a, 11b, and 11c and the protection circuit 12, respectively.
本発明の一実施形態において、スイッチユニット１３は、接続端子１８からウェイクアップ信号が入力されている間にオンされ、接続端子１８からウェイクアップ信号が入力されていない間はオフされるように構成される。 In an embodiment of the present invention, the switch unit 13 is configured to be turned on while a wakeup signal is input from the connection terminal 18 and to be turned off while no wakeup signal is input from the connection terminal 18. Is done.
本発明の一実施形態においては、電源モジュール１０が駆動装置１に装着されたときに、駆動装置１で生成されたウェイクアップ信号が接続端子１８を介してスイッチユニット１３に入力される。本発明の一実施形態においては、このウェイクアップ信号は、電源モジュール１０が駆動装置１に装着されかつ各々のセル電圧が運用電圧範囲内である２．２〜３．８Ｖの間は接続端子からスイッチユニット１３に入力され、電源モジュール１０が駆動装置１から取り外されるか各々のセル電圧が運用電圧範囲外である２．２Ｖ未満または３．８Ｖより大きくなると、スイッチユニット１３へのウェイクアップ信号の入力がなくなる。 In one embodiment of the present invention, when the power supply module 10 is mounted on the drive device 1, a wake-up signal generated by the drive device 1 is input to the switch unit 13 via the connection terminal 18. In one embodiment of the present invention, the wake-up signal is generated from the connection terminal during 2.2 to 3.8 V when the power supply module 10 is mounted on the driving device 1 and each cell voltage is within the operating voltage range. When input to the switch unit 13 and the power supply module 10 is removed from the driving device 1 or each cell voltage is outside the operating voltage range, less than 2.2V or greater than 3.8V, the wake-up signal to the switch unit 13 There is no input.
接続端子１８からのウェイクアップ信号は、スイッチング素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃにそれぞれ入力され、各スイッチング素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、このウェイクアップ信号によりいずれもオンされる。スイッチング素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃがオンされると、リチウムイオンキャパシタユニット１１と保護回路１２とが導通される。よって、保護回路１２は、電源モジュール１０が駆動装置１に装着されてウェイクアップ信号がスイッチング素子１３に入力されているときに、リチウムイオンキャパシタユニット１１の電圧を検出し、その検出値に基づいてリチウムイオンキャパシタユニット１１の過充電及び過放電を防止するための制御を行うことができる。 The wake-up signal from the connection terminal 18 is input to the switching elements 13a, 13b, and 13c, respectively, and the switching elements 13a, 13b, and 13c are all turned on by the wake-up signal. When the switching elements 13a, 13b, and 13c are turned on, the lithium ion capacitor unit 11 and the protection circuit 12 are brought into conduction. Therefore, the protection circuit 12 detects the voltage of the lithium ion capacitor unit 11 when the power supply module 10 is mounted on the driving device 1 and the wake-up signal is input to the switching element 13, and based on the detected value. Control for preventing overcharge and overdischarge of the lithium ion capacitor unit 11 can be performed.
他方、電源モジュール１０が駆動装置１から取り外されているときには、保護回路１２がリチウムイオンキャパシタユニット１１から切り離されているため、リチウムイオンキャパシタユニット１１から保護回路１２への漏れ電流の発生を防止することができる。 On the other hand, when the power supply module 10 is removed from the drive device 1, the protection circuit 12 is disconnected from the lithium ion capacitor unit 11, thereby preventing leakage current from the lithium ion capacitor unit 11 to the protection circuit 12. be able to.
リチウムイオンキャパシタユニット１１が複数のセルを備えている場合には、電源モジュール１０は、均等化回路１４をさらに備えることができる。均等化回路１４は、リチウムイオンキャパシタユニット１１の各セルのセル電圧を均等化するための回路である。リチウムイオンキャパシタユニット１１が複数のセルを備える場合には、均等化回路１４を設けないと、各セルの自己放電特性のばらつきやセル容量のばらつきによって、各セルのセル電圧のばらつきが発生する。セル電圧にばらつきがあると、一部のセルのセル電圧が運用電圧範囲から外れやすくなる。均等化回路１４は、このようなセル電圧のばらつきを抑制するための回路である。リチウムイオンキャパシタユニット１１がセルを１つのみ有する場合には、均等化回路１４は不要となる。 When the lithium ion capacitor unit 11 includes a plurality of cells, the power supply module 10 can further include an equalization circuit 14. The equalization circuit 14 is a circuit for equalizing the cell voltage of each cell of the lithium ion capacitor unit 11. When the lithium ion capacitor unit 11 includes a plurality of cells, if the equalization circuit 14 is not provided, the cell voltage of each cell varies due to variations in self-discharge characteristics and cell capacities of the cells. If the cell voltage varies, the cell voltage of some cells tends to be out of the operating voltage range. The equalization circuit 14 is a circuit for suppressing such variations in cell voltage. When the lithium ion capacitor unit 11 has only one cell, the equalization circuit 14 is not necessary.
本発明の一実施形態において、均等化回路１４は、リチウムイオンキャパシタユニット１１と並列に設けられる。図示の実施形態においては、均等化回路１４は、セル１１ａと並列に設けられたバランス抵抗１４ｒａと、このバランス抵抗１４ｒａと直列に設けられたスイッチング素子１４ｓａと、セル１１ｂと並列に設けられたバランス抵抗１４ｒｂと、このバランス抵抗１４ｒｂと直列に設けられたスイッチング素子１４ｓｂと、セル１１ｃと並列に設けられたバランス抵抗１４ｒｃと、このバランス抵抗１４ｒｃと直列に設けられたスイッチング素子１４ｓｃと、を備えることができる。均等化回路１４が有するバランス抵抗の数は、リチウムイオンキャパシタユニット１１が有するセルの数と同じにすることができる。 In one embodiment of the present invention, the equalization circuit 14 is provided in parallel with the lithium ion capacitor unit 11. In the illustrated embodiment, the equalization circuit 14 includes a balance resistor 14ra provided in parallel with the cell 11a, a switching element 14sa provided in series with the balance resistor 14ra, and a balance provided in parallel with the cell 11b. A resistor 14rb; a switching element 14sb provided in series with the balance resistor 14rb; a balance resistor 14rc provided in parallel with the cell 11c; and a switching element 14sc provided in series with the balance resistor 14rc. Can do. The number of balance resistors included in the equalization circuit 14 can be the same as the number of cells included in the lithium ion capacitor unit 11.
スイッチング素子１４ｓａ，１４ｓｂ，１４ｓｃは、保護回路１２の制御によりオンオフされるように構成される。例えば、保護回路１２は、セル１１ａのセル電圧の検出値に基づいて、スイッチング素子１４ｓａをオンする時間を決定し、その決定された時間だけスイッチング素子１４ｓａをオンさせる。スイッチング素子１４ｓａがオンされている間は、バランス抵抗１４ｒａにセル１１ａから放電電流が流れ、これによりセル１１ａのセル電圧が低下する。スイッチング素子１４ｓａ，１４ｓｂ，１４ｓｃがオンされる時間は、対応するセル１１ａ，１１ｂ，１１ｃのセル電圧に基づいて定められる。セル電圧が高いセルに対応するスイッチング素子のオン時間を他のセルに対応するスイッチング素子のオン時間よりも長くすることにより、各セルのセル電圧が均等化される。 The switching elements 14sa, 14sb, and 14sc are configured to be turned on / off under the control of the protection circuit 12. For example, the protection circuit 12 determines the time to turn on the switching element 14sa based on the detected value of the cell voltage of the cell 11a, and turns on the switching element 14sa for the determined time. While the switching element 14sa is on, a discharge current flows from the cell 11a to the balance resistor 14ra, thereby reducing the cell voltage of the cell 11a. The time for which the switching elements 14sa, 14sb, and 14sc are turned on is determined based on the cell voltages of the corresponding cells 11a, 11b, and 11c. The cell voltage of each cell is equalized by making the ON time of the switching element corresponding to the cell having a high cell voltage longer than the ON time of the switching element corresponding to another cell.
電源モジュール１０が均等化回路１４を有する場合には、スイッチユニット１３は、この均等化回路１４とリチウムイオンキャパシタユニット１１との間に設けられる。この場合でも、リチウムイオンキャパシタユニット１１及び保護回路１２の配置は変更の必要がない。よって、電源モジュール１０が均等化回路１４を有する場合には、スイッチユニット１３は、均等化回路１４とリチウムイオンキャパシタユニット１１との間であり、且つ、保護回路１２とリチウムイオンキャパシタユニット１１との間に設けられる。 When the power supply module 10 includes the equalization circuit 14, the switch unit 13 is provided between the equalization circuit 14 and the lithium ion capacitor unit 11. Even in this case, the arrangement of the lithium ion capacitor unit 11 and the protection circuit 12 does not need to be changed. Therefore, when the power supply module 10 has the equalization circuit 14, the switch unit 13 is between the equalization circuit 14 and the lithium ion capacitor unit 11, and between the protection circuit 12 and the lithium ion capacitor unit 11. Between.
電源モジュール１０が駆動装置１に装着され、ウェイクアップ信号がスイッチング素子１３に入力されているときには、均等化回路１４がリチウムイオンキャパシタユニット１１と接続されるので、均等化回路１４は、セル１１ａ，１１ｂ，１１ｃのセル電圧を均等化するように動作する。他方、電源モジュール１０が駆動装置１から取り外されているときには、均等化回路１４がリチウムイオンキャパシタユニット１１から切り離されているため、リチウムイオンキャパシタユニット１１から均等化回路１４への漏れ電流の発生を防止することができる。 When the power supply module 10 is attached to the driving device 1 and the wake-up signal is input to the switching element 13, the equalization circuit 14 is connected to the lithium ion capacitor unit 11, so that the equalization circuit 14 includes the cells 11a, It operates so as to equalize the cell voltages of 11b and 11c. On the other hand, when the power supply module 10 is removed from the drive device 1, the equalization circuit 14 is disconnected from the lithium ion capacitor unit 11, so that leakage current from the lithium ion capacitor unit 11 to the equalization circuit 14 is generated. Can be prevented.
以上のとおり、電源モジュール１０は、駆動装置１と着脱可能に構成されており、駆動装置１に装着していないときに、リチウムイオンキャパシタユニット１１から保護回路１２への漏れ電流の発生を防止することができる。したがって、当該電源モジュール１０は、充電を行わなくとも長期間の保管が可能となる。 As described above, the power supply module 10 is configured to be detachable from the drive device 1, and prevents the leakage current from the lithium ion capacitor unit 11 to the protection circuit 12 when not attached to the drive device 1. be able to. Therefore, the power supply module 10 can be stored for a long time without being charged.
本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。 The dimensions, materials, and arrangement of each component described in this specification are not limited to those explicitly described in the embodiments, and each component may be included in the scope of the present invention. Can be modified to have different dimensions, materials, and arrangements. In addition, components that are not explicitly described in the present specification can be added to the described embodiments, or some of the components described in the embodiments can be omitted.
１ 駆動装置
１０ 電源モジュール
１１ リチウムイオンキャパシタユニット
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ リチウムイオンキャパシタセル
１２ 保護回路
１３ スイッチユニット
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ スイッチング素子
１４ 均等化回路
１５ スイッチユニット
１６，１７ 電源端子
１８ 接続端子
Ｌ１，Ｌ２ 電源ライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive apparatus 10 Power supply module 11 Lithium ion capacitor unit 11a, 11b, 11c Lithium ion capacitor cell 12 Protection circuit 13 Switch unit 13a, 13b, 13c Switching element 14 Equalization circuit 15 Switch unit 16, 17 Power supply terminal 18 Connection terminal L1, L2 power line
Claims (5)
少なくとも１つのリチウムイオンキャパシタセルを含むリチウムイオンキャパシタユニットと、
前記駆動装置へ電力を供給するための電源ラインと、
前記電源ラインに設けられた第１のスイッチユニットと、
前記少なくとも１つのリチウムイオンキャパシタセルの過充電及び／又は過放電を防止する保護回路と、
前記リチウムイオンキャパシタユニットと前記保護回路との間に設けられた少なくとも１つのスイッチング素子を有する第２のスイッチユニットと、
を備え、
前記第２のスイッチユニットは、前記電源モジュールが前記駆動装置に装着されたときに前記駆動装置から入力される制御信号に基づいてオンされ、前記制御信号が入力されていないときはオフされるように構成される、電源モジュール。 A power supply module attached to and detached from the drive device,
A lithium ion capacitor unit including at least one lithium ion capacitor cell;
A power supply line for supplying power to the drive device;
A first switch unit provided in the power line;
A protection circuit for preventing overcharging and / or overdischarging of the at least one lithium ion capacitor cell;
A second switch unit having at least one switching element provided between the lithium ion capacitor unit and the protection circuit;
With
The second switch unit is turned on based on a control signal input from the driving device when the power supply module is mounted on the driving device, and is turned off when the control signal is not input. A power module configured in
前記複数の第２のスイッチング素子の各々は、前記制御信号に基づいてオンされ、前記制御信号が入力されていないときはオフされるように構成される、請求項２に記載の電源モジュール。 The second switch unit includes a plurality of second switching elements provided between each of the plurality of lithium ion capacitor cells and the protection circuit,
3. The power supply module according to claim 2, wherein each of the plurality of second switching elements is configured to be turned on based on the control signal and to be turned off when the control signal is not input.
前記第２のスイッチユニットは、前記均等化回路と前記リチウムイオンキャパシタユニットとの間に設けられている、請求項２に記載の電源モジュール。 Comprising an equalization circuit provided in parallel with the lithium ion capacitor unit;
The power supply module according to claim 2, wherein the second switch unit is provided between the equalization circuit and the lithium ion capacitor unit.
前記複数のリチウムイオンキャパシタセルの各々と並列に設けられた複数の抵抗と、
前記複数の抵抗の各々と直列に設けられた複数の第３のスイッチと、
を備え、
前記複数の第３のスイッチの各々は、前記複数のリチウムイオンキャパシタのうちの対応するリチウムイオンキャパシタセルの電圧に応じてオンオフされる、請求項３又は請求項４に記載の電源モジュール。 The equalization circuit includes:
A plurality of resistors provided in parallel with each of the plurality of lithium ion capacitor cells;
A plurality of third switches provided in series with each of the plurality of resistors;
With
5. The power supply module according to claim 3, wherein each of the plurality of third switches is turned on / off according to a voltage of a corresponding lithium ion capacitor cell among the plurality of lithium ion capacitors.
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